CN114857199B - 小型可调式大阻尼直线阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小型可调式大阻尼直线阻尼器，包括底部支架、阻尼器外壳、阻尼器活塞模块、阻尼器端盖模块、顶部支架和弹簧支撑模块，阻尼器活塞模块包括活塞杆、流速阀、单向阀和活塞片，活塞片固定在活塞杆上，且活塞片下方固定流速阀，流速阀上加工有孔径不同的流速孔；活塞片上加工有流量孔和单向孔，流量孔靠近活塞杆、单向孔沿活塞片边缘设置，单向孔下方固定单向阀；流速阀上还加工有凸点，可卡入活塞片下部的凹槽中，使得流速孔与流量孔对齐；通过调节与流量孔对齐的流速孔孔径大小，实现对阻尼系数的调节；顶部支架与活塞杆、弹簧支撑模块相连，顶部支架带动活塞沿光轴运动，改变单向孔的工作状态，实现阻尼效果及阻尼器的快速归位。

Description

小型可调式大阻尼直线阻尼器

技术领域

本发明涉及一种小型可调式大阻尼直线阻尼器。

背景技术

在日常生活与科研工作中，物体、零件之间的相互运动和碰撞等会导致震动。震动如果不加以遏制，会破坏结构，影响稳定性，或对精密零件造成损害。阻尼器能够通过不同的阻碍作用，诸如摩擦、电磁阻力等方式，衰减物体的自由振动，达到保护零件仪器的作用。

在一些特殊场合，诸如机器人的高动态运动过程中，存在着频繁、高速、冲击力大的碰撞运动，对高性能的阻尼器提出了需求，需要阻尼器能够吸收巨大的冲击力，且能快速恢复状态，迎接下一次冲击，以此遏制机器人在高动态运动中碰撞后的抖动问题，实现保护机器人精密元器件与提高机器人稳定性的功能。且机器人作为高度集成化的机械电子设备，没有很大空间安装很重的大型阻尼器，需要较小的柔性度以保证其可控性。

现有技术已经在家居、门窗等生活领域广泛使用小型阻尼器。但是现有小型阻尼器普遍存在阻尼系数小、结构细长等特点，不适合巨大、高速、高频率的阻尼力吸收。而阻尼系数大的阻尼器普遍尺寸较大、重量较大的特点，在机械电子设备设计领域应用范围有限。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种小型可调式大阻尼直线阻尼器，克服传统粘滞阻尼器体积大、质量大、长度长的问题，同时也克服了传统电磁阻尼器阻尼系数小的问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

小型可调式大阻尼直线阻尼器，包括：

阻尼器外壳，内部设有阻尼器活塞模块和粘滞阻尼液；

阻尼器活塞模块，包括活塞杆、流速阀、单向阀和活塞片，所述活塞片固定在活塞杆上，且活塞片下方固定流速阀，所述流速阀上加工有孔径不同的流速孔；所述活塞片上加工有流量孔和单向孔，所述流量孔靠近活塞杆设置，所述单向孔沿活塞片边缘设置，单向孔下方固定单向阀；

顶部支架，中心与活塞杆固连，边缘与弹簧支撑模块相连；

弹簧支撑模块，包括滑动轴承、光轴和支撑弹簧，滑动轴承与所述顶部支架固连，光轴上端插入滑动轴承内，光轴下部套设有支撑弹簧，支撑弹簧顶端抵在滑动轴承下部。

上述技术方案，还包括：

阻尼器端盖模块，与阻尼器外壳上部连接，包括阻尼器顶盖、挡油环、密封盖，密封盖固定在阻尼器顶盖上，所述挡油环位于阻尼器顶盖和密封盖之间；所述阻尼器端盖模块中间设有与活塞杆配合的空隙。

上述技术方案中，所述阻尼器顶盖上开设有注油孔，所述注油孔与油塞配合。

上述技术方案，还包括：底部支架，所述阻尼器外壳和光轴下部均固定在底部支架上，所述支撑弹簧底部抵在底部支架上。

上述技术方案中，所述活塞片外围过盈配合有活塞橡胶。

上述技术方案中，所述阻尼器外壳内部加工有与活塞橡胶边缘相互配合的凹凸纹。

上述技术方案中，所述流速阀上还加工有凸点，可卡入活塞片下部的凹槽中。

上述技术方案中，当凸点卡入凹槽中时，流速孔与流量孔对齐。

本发明的有益效果为：

(1)本发明位于阻尼器外壳中的阻尼器活塞模块包括活塞杆、流速阀、单向阀和活塞片，活塞片固定在活塞杆上，且活塞片下方固定流速阀，流速阀上加工有孔径不同的流速孔；活塞片上加工有流量孔和单向孔，流量孔靠近活塞杆设置，单向孔沿活塞片边缘设置，单向孔下方固定单向阀；流速阀上还加工有凸点，可卡入活塞片下部的凹槽中，当凸点卡入凹槽中时，流速孔与流量孔对齐；本发明通过调节与流量孔对齐的流速孔的孔径大小，实现对阻尼系数的调节；

(2)本发明顶部支架中心与活塞杆固连，边缘与弹簧支撑模块相连，弹簧支撑模块包括滑动轴承、光轴和支撑弹簧，滑动轴承与顶部支架固连，光轴上端插入滑动轴承内，光轴下部套设有支撑弹簧，支撑弹簧顶端抵在滑动轴承下部；顶部支架带动活塞沿上下光轴运动，从而改变单向阀的开闭，进而改变单向孔的工作状态，实现阻尼效果及阻尼器的快速归位；

(3)本发明的阻尼器外壳内部与活塞橡胶边缘加工出相互配合的凹凸纹，以起到限位作用，保证阻尼器活塞与阻尼器外壳不能相对转动；

(4)本发明的活塞橡胶过盈配合固定在活塞片外围，保证阻尼器在工作时粘滞阻尼液能尽可能多地流过活塞上的孔，实现更加精确的阻尼效果；

(5)本发明的阻尼器顶盖上开设有注油孔，注油孔与油塞配合，实现在不拆卸端盖的情况下完成粘滞阻尼液的回收与添加；

(6)本发明的阻尼器大小为80*80*40mm，阻尼活塞模块的尺寸只有50*50*30mm，可提供上千单位的阻尼力，与其他型号阻尼器相比具有相当高的阻尼密度。

附图说明

图1为本发明所述阻尼器结构示意图；

图2为本发明所述阻尼器爆炸图；

图3(a)为本发明所述阻尼器活塞模块剖视图；

图3(b)为本发明所述阻尼器活塞模块爆炸图；

图4为本发明所述阻尼器端盖模块爆炸图；

图5(a)为本发明所述弹簧支撑模块剖视图；

图5(b)为本发明所述弹簧支撑模块爆炸图；

图6(a)为本发明所述流量孔示意图；

图6(b)为本发明所述流速孔示意图；

图7(a)为本发明所述活塞向下运动示意图；

图7(b)为本发明所述活塞向上运动示意图；

图中：1-底部支架，2-阻尼器外壳，3-阻尼器活塞模块，4-阻尼器端盖模块，5-顶部支架，6-弹簧支撑模块，31-活塞杆，32-流速阀，33-活塞橡胶，34-单向阀，35-活塞片，311-流量孔，312-单向孔，321-流速孔，322-凸点，41-阻尼器顶盖，42-密封盖，43-挡油环，44-油塞，411-注油孔，61-滑动轴承，62-光轴，63-支撑弹簧。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1、2所示，本发明一种小型可调式大阻尼直线阻尼器包括依次设置的底部支架1、阻尼器外壳2、阻尼器活塞模块3、阻尼器端盖模块4、顶部支架5和弹簧支撑模块6，其中底部支架1、顶部支架5、弹簧支撑模块6构成外部支撑部分，阻尼器外壳2、阻尼器活塞模块3、阻尼器端盖模块4构成核心阻尼部分。

底部支架1为圆盘形状，作为阻尼器的支撑结构，一方面加工有螺纹孔，用于和阻尼器外壳2连接，另一方面加工出三个法兰，用于弹簧支撑模块6的固定。除此之外，底部支架1亦可以通过加工其他连接孔，完成阻尼器整体与其他零件的连接。

阻尼器外壳2加工为容器形状，内置粘滞阻尼液；阻尼器外壳2下部通过螺钉与底部支架1连接，上部通过螺钉与阻尼器端盖模块4连接；阻尼器外壳2的内部设有阻尼器活塞模块3。其中阻尼器外壳2的内部与活塞橡胶33的边缘加工出相互配合的凹凸纹，以起到限位作用，保证阻尼器活塞与阻尼器外壳2不能相对转动。

如图3(a)、(b)所示，阻尼器活塞模块3由活塞杆31、流速阀32、活塞橡胶33、单向阀34和活塞片35组成，活塞片35固定在活塞杆31上，构成活塞；流速阀32通过螺钉固定在活塞片35下方，单向阀34通过螺钉固定在活塞片35边缘，并位于单向孔312下方；活塞橡胶33通过过盈配合固定在活塞片35外围，保证阻尼器在工作时粘滞阻尼液能尽可能多地流过活塞上的孔(包括流量孔311和流速孔321)，实现更加精确的阻尼效果。作为阻尼器起作用的主要部分，阻尼器活塞模块3的工作原理是活塞在运动时两侧对粘滞阻尼液产生压强差，迫使粘滞阻尼液流经活塞上的孔；活塞/阻尼运动需要一定的时间，以实现对运动的阻碍，即实现阻尼效果。

如图4所示，阻尼器端盖模块4由阻尼器顶盖41、挡油环43、密封盖42组成，密封盖42通过螺钉固定在阻尼器顶盖41上，其中挡油环43介于阻尼器顶盖41和密封盖42之间；阻尼器端盖模块4中间设有空隙，空隙用于与活塞杆31配合，既能完成实现二者相对滑动，又要完成防止粘滞阻尼液泄露；阻尼器顶盖41上开设有注油孔411，注油孔411与油塞44相配合，以实现在不拆卸端盖的情况下完成粘滞阻尼液的回收与添加。

如图2所示，顶部支架5中心部与活塞杆31相固连，边缘部与弹簧支撑模块6相连；除此之外，顶部支架5还可以加工出其他的配合孔，实现和其他零件的固连。

如图5(a)、(b)所示，弹簧支撑模块6由滑动轴承61、光轴62和支撑弹簧63组成，滑动轴承61通过螺钉与顶部支架5固定，带动顶部支架5沿着光轴62做上下运动，沿光轴62方向，阻尼器并联有支撑弹簧63，支撑弹簧63下部与底部支架1相抵，顶部与滑动轴承61相抵，从而在顶部支架5与底部支架1距离近时提供支撑力，使二者的间距能够快速回到工作范围；光轴62上端插入滑动轴承61，光轴62下端与底部支架1的法兰相固定，保证阻尼器的相对运动是上下单一的。

本发明一种小型可调式大阻尼直线阻尼器阻尼可调原理为：

根据小孔流量公式，流经活塞上孔的流量为：

其中c_v为活塞上孔流量系数，在本发明中可取值为0.7，A为活塞上孔的截面积，ρ为流体的密度，Δp为活塞上孔前后压力差；

根据流量公式：

q_v＝Sv (2)

其中v为活塞移动的速度，S为活塞的面积；

又：

F为活塞受到的压力；

联立(1)、(2)、(3)，可得：

由此活塞受到的阻力可视为活塞速度的正相关函数F＝f(v)，活塞运动的越快，所受到的阻尼越大，以实现阻尼效果。

根据计算结果(公式(4))，其他条件相同时，活塞上孔的截面积越小，活塞运动时受到的阻尼力越大。所述阻尼器活塞模块3中，活塞片35上加工有流量孔311和单向孔312，流量孔311靠近活塞杆31设置，单向孔312沿活塞片35边缘设置；流速阀上32加工有孔径不同的流速孔321；通过调节与流量孔311对齐的流速孔321的孔径大小，可实现对阻尼系数的调节。流速阀32上还加工有凸点322，可以卡入活塞片35下部预留的凹槽中，避免流速阀32和活塞的相对滑动，且当凸点322卡入活塞片35的凹槽中时，流速孔321与流量孔311对齐，粘滞阻尼液方可穿越活塞，实现活塞的阻尼运动。参见图6(a)、(b)。

本发明一种小型可调式大阻尼直线阻尼器的单向工作时序为：

在一些高动态运动中，存在着频繁的单向冲击。为了实现连续单向冲击的缓冲，需要阻尼器在工作一次以后快速恢复到初始工作状态。顶部支架5携活塞，在滑动轴承61的引导下沿光轴62做上下运动，在运动过程中，通过开闭单向阀34，更改单向孔312的工作状态，完成单向工作机制。

如图7(a)所示，顶部支架5携活塞向下运动时，活塞上的单向阀34受到阻尼液向上的阻力，从而单向阀34紧贴于活塞片35上，堵住单向孔312，使粘滞阻尼液只能流经流量孔311和与之对齐的流速孔321，实现阻尼效果。

如图7(b)所示，当顶部支架5不再受冲击力时，在支撑弹簧63的作用下，顶部支架5携活塞做向上的相对运动，粘滞阻尼液通过单向孔312给单向阀34向下的压力，使单向阀34张开，大量阻尼液从单向孔312中快速流过，此时阻尼较小，能够实现阻尼器的快速归位。

本发明的阻尼器大小为80*80*40mm，阻尼活塞模块3的尺寸只有50*50*30mm，可提供上千单位的阻尼力，与其他型号阻尼器相比具有相当高的阻尼密度。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.小型可调式大阻尼直线阻尼器，其特征在于，包括：

阻尼器外壳(2)，内部设有阻尼器活塞模块(3)和粘滞阻尼液；

阻尼器活塞模块(3)，包括活塞杆(31)、流速阀(32)、单向阀(34)和活塞片(35)，所述活塞片(35)固定在活塞杆(31)上，且活塞片(35)下方固定流速阀(32)，所述流速阀(32)上加工有孔径不同的流速孔(321)；所述活塞片(35)上加工有流量孔(311)和单向孔(312)，所述流量孔(311)靠近活塞杆(31)设置，所述单向孔(312)沿活塞片(35)边缘设置，单向孔(312)下方固定单向阀(34)；所述流速阀(32)上还加工有凸点(322)，可卡入活塞片(35)下部的凹槽中，当凸点(322)卡入凹槽中时，流速孔(321)与流量孔(311)对齐；

顶部支架(5)，中心与活塞杆(31)固连，边缘与弹簧支撑模块(6)相连；

弹簧支撑模块(6)，包括滑动轴承(61)、光轴(62)和支撑弹簧(63)，滑动轴承(61)与所述顶部支架(5)固连，光轴(62)上端插入滑动轴承(61)内，光轴(62)下部套设有支撑弹簧(63)，支撑弹簧(63)顶端抵在滑动轴承(61)下部。

2.根据权利要求1所述的小型可调式大阻尼直线阻尼器，其特征在于，还包括：

阻尼器端盖模块(4)，与阻尼器外壳(2)上部连接，包括阻尼器顶盖(41)、挡油环(43)、密封盖(42)，密封盖(42)固定在阻尼器顶盖(41)上，所述挡油环(43)位于阻尼器顶盖(41)和密封盖(42)之间；所述阻尼器端盖模块(4)中间设有与活塞杆(31)配合的空隙。

3.根据权利要求2所述的小型可调式大阻尼直线阻尼器，其特征在于，所述阻尼器顶盖(41)上开设有注油孔(411)，所述注油孔(411)与油塞(44)配合。

4.根据权利要求1所述的小型可调式大阻尼直线阻尼器，其特征在于，还包括：底部支架(1)，所述阻尼器外壳(2)和光轴(62)下部均固定在底部支架(1)上，所述支撑弹簧(63)底部抵在底部支架(1)上。

5.根据权利要求1所述的小型可调式大阻尼直线阻尼器，其特征在于，所述活塞片(35)外围过盈配合有活塞橡胶(33)。

6.根据权利要求1所述的小型可调式大阻尼直线阻尼器，其特征在于，所述阻尼器外壳(2)内部加工有与活塞橡胶(33)边缘相互配合的凹凸纹。

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